天線剛度的變化對鋼結(jié)構(gòu)電視塔結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)影響分析

呂燕霞等

摘 要：一般鋼結(jié)構(gòu)電視塔頂上的天線具有結(jié)構(gòu)簡單、剛度較小的特點，甚至有些天線的剛度沿高度有突變現(xiàn)象。電視塔結(jié)構(gòu)的動力特性將會隨著天線剛度的變化而產(chǎn)生較大的影響。為了分析天線剛度對于結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響，本文以一個帶天線的電視塔為模型，通過改變其天線剛度來研究天線剛度的變化對電視塔風(fēng)荷載動力特性的影響，以期獲得對于帶有不同剛度性能天線的合理分析和設(shè)計。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)電視塔；天線剛度；結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)

Abstract： The steel TV towers antenna has simple structure. But compared with the tower body， antenna has smaller stiffness， and some antennas stiffness has a sudden change along the height of tower. The variety of varietys stiffness will have a great influence on the dynamic characteristics of the TV Tower. In order to analyze the impact the dynamic response of the steel TV tower with changing stiffness of the antenna and obtain the reasonable analysis and design with different stiffness performance of antenna， this paper analyze a steel TV tower by changing antennas stiffness.

Keywords： Steel TV tower；Stiffness of antenna；Dynamic response of the steel TV tower structure

1.概述

據(jù)統(tǒng)計，我國電視塔中70%為鋼結(jié)構(gòu)電視塔，鋼筋混凝土電視塔占30%[1]。電視興起使得鋼結(jié)構(gòu)電視塔成為電視發(fā)射塔，而在其上裝設(shè)無線電天線。促使帶有發(fā)射天線的電視塔如雨后春筍般大量出現(xiàn)，是由于二十世紀(jì)50年代歐美國家的電視和無線電的迅猛發(fā)展。隨著各國城市建設(shè)的發(fā)展，電視塔也越來越多功能化，由原來只能發(fā)射電視訊號的單功能電視塔，逐步發(fā)展成為集通訊、展覽、旅游、廣告等文化活動和商業(yè)活動為一體的大型綜合電視塔[2]。對于鋼結(jié)構(gòu)電視塔這類高聳結(jié)構(gòu)，屬高細柔結(jié)構(gòu)，風(fēng)荷載為主要控制荷載。電視塔在風(fēng)荷載作用下?lián)p壞的例子是屢見不鮮，而天線與塔身交接處的破壞占較大比重。電視塔倒塌危害重大，會造成信號中斷，甚至人員的傷亡。

電視塔頂上的天線具有結(jié)構(gòu)簡單、剛度較小的特點。天線與其下的塔身結(jié)構(gòu)相比剛度較小，甚至結(jié)構(gòu)剛度沿高度有突然變化。在風(fēng)動力作用下，由于天線剛度的不同和變化，對于鋼結(jié)構(gòu)電視塔結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)有何影響。本文選取一個中小型電視塔模型，通過改變其天線剛度來研究天線剛度的變化對電視塔風(fēng)荷載動力特性的影響。

2.計算模型

本文以取于實際的一個不上人電視塔為研究對象，電視塔總高141m，標(biāo)高120.000m以上設(shè)有21m天線。電視塔的建筑效果圖如圖1所示。采用大型有限元軟件建立模型，其模型圖如圖2所示。

通過改變其天線的剛度，去研究天線剛度對于結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響。選取天線變剛度模型的原則是：在電視塔模型天線頂端施加一個單位力，以天線頂端產(chǎn)生的位移與塔身頂點產(chǎn)生的位移比為控制量來選取變剛度電視塔的模型。取位移比為3倍、4倍、5倍、10倍、15倍、20倍六個檔值，天線剛度依次減小。這六個位移比定值通過改變天線的剛度來實現(xiàn)。為了更精確地分析結(jié)構(gòu)的變剛度影響，直接改變?nèi)S模型中天線剛度，來使得電視塔的整體剛度分布發(fā)生變化。并把這六個模型分別命名為塔1、塔2、塔3、塔4、塔5和塔6。

3.不同剛度天線的結(jié)構(gòu)響應(yīng)及其分析

本文中選取Kaimal譜為風(fēng)譜[3] [4]，采用線性濾波法（AR法）[5]模擬風(fēng)速時程，對電視塔進行風(fēng)動力時程分析。

分別在各個模型中施加風(fēng)動力荷載，得到結(jié)構(gòu)的響應(yīng)值。各個模型沿高度變化的位移均值曲線、速度均方差曲線和加速度均方差曲線等的時程響應(yīng)曲線如圖3所示。

由圖3可以看出，盡管六個電視塔模型天線剛度不一樣，但與塔身剛度相比甚小，塔身剛度很大，所以不同剛度的天線對標(biāo)高120.000m以下的塔身結(jié)構(gòu)響應(yīng)幾乎沒有影響。但標(biāo)高120.000m以上天線的結(jié)構(gòu)響應(yīng)出現(xiàn)了明顯的分歧。天線剛度最大的塔1模型，其塔身與天線段交接處的位移均值、速度均方差和加速度均方差變化趨勢最緩慢，頂部“鞭梢效應(yīng)”相對最弱；天線剛度最小的塔6模型，其塔身與天線段交接處的位移均值、速度均方差和加速度均方差突變最大，頂部“鞭梢效應(yīng)”明顯；塔2、塔3、塔4和塔5介于塔1和塔6之間。

為了進一步分析電視塔結(jié)構(gòu)在不同天線剛度下擬靜力分析響應(yīng)與動力時程分析響應(yīng)的吻合程度，在六個計算模型擬靜力風(fēng)荷載[6]，圖4為擬靜力分析與動力時程分析的水平位移對比圖。

從圖4可以直觀地看出，天線剛度越大，擬靜力分析響應(yīng)與動力時程分析吻合程度越好。

表1給出兩種計算方法的位移誤差值。從表1可以得出，風(fēng)荷載擬靜力作用下和動力時程作用下的水平位移誤差隨著天線的剛度變小而變大。塔1、塔2和塔3全結(jié)構(gòu)的擬靜力風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生的水平位移與風(fēng)速時程分析所得到的最大水平位移誤差不超過20%[7]，而塔4、塔5及塔6天線部分的誤差較大，原因是規(guī)范中對天線部分的風(fēng)振系數(shù)考慮偏小。從計算結(jié)果可以看出，當(dāng)天線頂端與塔身頂點在天線頂點處施加一個單位力產(chǎn)生的位移比小于5倍時，電視塔整體結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載可按規(guī)范的擬靜力計算方法進行計算。若該位移比大于5倍時，則電視塔按規(guī)范的擬靜力方法計算偏差較大，這時電視塔整體結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載應(yīng)按時程分析方法進行計算，或按規(guī)范計算帶天線電視塔的風(fēng)荷載，但應(yīng)適當(dāng)乘以一個放大系數(shù)。

4.結(jié)論

對一個帶有不同剛度天線的電視塔進行風(fēng)動力時程分析可以得到這樣的一些結(jié)論：

（1）天線對電視塔的動力特性影響不可忽略。

（2）當(dāng)電視塔天線部分結(jié)構(gòu)與塔身結(jié)構(gòu)的剛度有較大突變時，存在明顯的“鞭梢效應(yīng)”， 而當(dāng)天線剛度與塔身剛度相差不大時，結(jié)構(gòu)的“鞭梢效應(yīng)”較弱。

（3）對帶有天線的電視塔，按現(xiàn)行規(guī)范只考慮結(jié)構(gòu)的第一振型影響的擬靜力法來計算塔身風(fēng)荷載可以滿足要求，但天線部分若只考慮結(jié)構(gòu)的第一振型影響來計算風(fēng)荷載，會產(chǎn)生較大的誤差。故對于帶有天線電視塔的整體結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載計算，需要考慮多振型影響或直接采用風(fēng)荷載的動力時程分析。

（4）對于天線高度為20米左右的中小型電視塔，當(dāng)天線頂端與塔身頂點在天線頂點處施加一個單位力產(chǎn)生的位移比小于5倍時，電視塔整體結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載可按規(guī)范僅考慮第一振型的影響來計算；若該位移比大于5倍，則電視塔整體結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載按時程分析方法進行風(fēng)荷載計算或?qū)⒁?guī)范中的風(fēng)荷載適當(dāng)乘以一個放大系數(shù)。

參考文獻

[1] 龔亮.國內(nèi)電視塔結(jié)構(gòu)分析探討[J].結(jié)構(gòu)工程師，2011，27（6）：129～133.

[2] 馬人樂、何敏娟、鄧維正.國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)電視塔近期的發(fā)展與展望[J].廣播與電視技術(shù)，1991，88（3）：1～6.

[3] 王修瓊、崔劍峰.Davenport譜中系數(shù)K的計算公式及其工程應(yīng)用[J].同濟大學(xué)學(xué)報，2002，30（7）：849～852.

[4] Kaimal J.C.et al.Spectral characteristics of surface layer turbulence [J].Journal of Royal Meteorology Society，1972，98：563～589.

[5] 彭剛.時域分析法風(fēng)載時程模擬[D].[碩士學(xué)位論文].廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2010.

[6] 王肇民.高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[7] 李亮、李國強、陳軍武.某鋼結(jié)構(gòu)氣象塔在時程風(fēng)荷載作用下考慮P -Δ效應(yīng)的動力時程分析[J].結(jié)構(gòu)工程師，2009，25（4）：91～95

摘 要：一般鋼結(jié)構(gòu)電視塔頂上的天線具有結(jié)構(gòu)簡單、剛度較小的特點，甚至有些天線的剛度沿高度有突變現(xiàn)象。電視塔結(jié)構(gòu)的動力特性將會隨著天線剛度的變化而產(chǎn)生較大的影響。為了分析天線剛度對于結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響，本文以一個帶天線的電視塔為模型，通過改變其天線剛度來研究天線剛度的變化對電視塔風(fēng)荷載動力特性的影響，以期獲得對于帶有不同剛度性能天線的合理分析和設(shè)計。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)電視塔；天線剛度；結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)

Abstract： The steel TV towers antenna has simple structure. But compared with the tower body， antenna has smaller stiffness， and some antennas stiffness has a sudden change along the height of tower. The variety of varietys stiffness will have a great influence on the dynamic characteristics of the TV Tower. In order to analyze the impact the dynamic response of the steel TV tower with changing stiffness of the antenna and obtain the reasonable analysis and design with different stiffness performance of antenna， this paper analyze a steel TV tower by changing antennas stiffness.

Keywords： Steel TV tower；Stiffness of antenna；Dynamic response of the steel TV tower structure

1.概述

據(jù)統(tǒng)計，我國電視塔中70%為鋼結(jié)構(gòu)電視塔，鋼筋混凝土電視塔占30%[1]。電視興起使得鋼結(jié)構(gòu)電視塔成為電視發(fā)射塔，而在其上裝設(shè)無線電天線。促使帶有發(fā)射天線的電視塔如雨后春筍般大量出現(xiàn)，是由于二十世紀(jì)50年代歐美國家的電視和無線電的迅猛發(fā)展。隨著各國城市建設(shè)的發(fā)展，電視塔也越來越多功能化，由原來只能發(fā)射電視訊號的單功能電視塔，逐步發(fā)展成為集通訊、展覽、旅游、廣告等文化活動和商業(yè)活動為一體的大型綜合電視塔[2]。對于鋼結(jié)構(gòu)電視塔這類高聳結(jié)構(gòu)，屬高細柔結(jié)構(gòu)，風(fēng)荷載為主要控制荷載。電視塔在風(fēng)荷載作用下?lián)p壞的例子是屢見不鮮，而天線與塔身交接處的破壞占較大比重。電視塔倒塌危害重大，會造成信號中斷，甚至人員的傷亡。

電視塔頂上的天線具有結(jié)構(gòu)簡單、剛度較小的特點。天線與其下的塔身結(jié)構(gòu)相比剛度較小，甚至結(jié)構(gòu)剛度沿高度有突然變化。在風(fēng)動力作用下，由于天線剛度的不同和變化，對于鋼結(jié)構(gòu)電視塔結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)有何影響。本文選取一個中小型電視塔模型，通過改變其天線剛度來研究天線剛度的變化對電視塔風(fēng)荷載動力特性的影響。

2.計算模型

本文以取于實際的一個不上人電視塔為研究對象，電視塔總高141m，標(biāo)高120.000m以上設(shè)有21m天線。電視塔的建筑效果圖如圖1所示。采用大型有限元軟件建立模型，其模型圖如圖2所示。

通過改變其天線的剛度，去研究天線剛度對于結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響。選取天線變剛度模型的原則是：在電視塔模型天線頂端施加一個單位力，以天線頂端產(chǎn)生的位移與塔身頂點產(chǎn)生的位移比為控制量來選取變剛度電視塔的模型。取位移比為3倍、4倍、5倍、10倍、15倍、20倍六個檔值，天線剛度依次減小。這六個位移比定值通過改變天線的剛度來實現(xiàn)。為了更精確地分析結(jié)構(gòu)的變剛度影響，直接改變?nèi)S模型中天線剛度，來使得電視塔的整體剛度分布發(fā)生變化。并把這六個模型分別命名為塔1、塔2、塔3、塔4、塔5和塔6。

3.不同剛度天線的結(jié)構(gòu)響應(yīng)及其分析

本文中選取Kaimal譜為風(fēng)譜[3] [4]，采用線性濾波法（AR法）[5]模擬風(fēng)速時程，對電視塔進行風(fēng)動力時程分析。

分別在各個模型中施加風(fēng)動力荷載，得到結(jié)構(gòu)的響應(yīng)值。各個模型沿高度變化的位移均值曲線、速度均方差曲線和加速度均方差曲線等的時程響應(yīng)曲線如圖3所示。

由圖3可以看出，盡管六個電視塔模型天線剛度不一樣，但與塔身剛度相比甚小，塔身剛度很大，所以不同剛度的天線對標(biāo)高120.000m以下的塔身結(jié)構(gòu)響應(yīng)幾乎沒有影響。但標(biāo)高120.000m以上天線的結(jié)構(gòu)響應(yīng)出現(xiàn)了明顯的分歧。天線剛度最大的塔1模型，其塔身與天線段交接處的位移均值、速度均方差和加速度均方差變化趨勢最緩慢，頂部“鞭梢效應(yīng)”相對最弱；天線剛度最小的塔6模型，其塔身與天線段交接處的位移均值、速度均方差和加速度均方差突變最大，頂部“鞭梢效應(yīng)”明顯；塔2、塔3、塔4和塔5介于塔1和塔6之間。

為了進一步分析電視塔結(jié)構(gòu)在不同天線剛度下擬靜力分析響應(yīng)與動力時程分析響應(yīng)的吻合程度，在六個計算模型擬靜力風(fēng)荷載[6]，圖4為擬靜力分析與動力時程分析的水平位移對比圖。

從圖4可以直觀地看出，天線剛度越大，擬靜力分析響應(yīng)與動力時程分析吻合程度越好。

表1給出兩種計算方法的位移誤差值。從表1可以得出，風(fēng)荷載擬靜力作用下和動力時程作用下的水平位移誤差隨著天線的剛度變小而變大。塔1、塔2和塔3全結(jié)構(gòu)的擬靜力風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生的水平位移與風(fēng)速時程分析所得到的最大水平位移誤差不超過20%[7]，而塔4、塔5及塔6天線部分的誤差較大，原因是規(guī)范中對天線部分的風(fēng)振系數(shù)考慮偏小。從計算結(jié)果可以看出，當(dāng)天線頂端與塔身頂點在天線頂點處施加一個單位力產(chǎn)生的位移比小于5倍時，電視塔整體結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載可按規(guī)范的擬靜力計算方法進行計算。若該位移比大于5倍時，則電視塔按規(guī)范的擬靜力方法計算偏差較大，這時電視塔整體結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載應(yīng)按時程分析方法進行計算，或按規(guī)范計算帶天線電視塔的風(fēng)荷載，但應(yīng)適當(dāng)乘以一個放大系數(shù)。

4.結(jié)論

對一個帶有不同剛度天線的電視塔進行風(fēng)動力時程分析可以得到這樣的一些結(jié)論：

（1）天線對電視塔的動力特性影響不可忽略。

（2）當(dāng)電視塔天線部分結(jié)構(gòu)與塔身結(jié)構(gòu)的剛度有較大突變時，存在明顯的“鞭梢效應(yīng)”， 而當(dāng)天線剛度與塔身剛度相差不大時，結(jié)構(gòu)的“鞭梢效應(yīng)”較弱。

（3）對帶有天線的電視塔，按現(xiàn)行規(guī)范只考慮結(jié)構(gòu)的第一振型影響的擬靜力法來計算塔身風(fēng)荷載可以滿足要求，但天線部分若只考慮結(jié)構(gòu)的第一振型影響來計算風(fēng)荷載，會產(chǎn)生較大的誤差。故對于帶有天線電視塔的整體結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載計算，需要考慮多振型影響或直接采用風(fēng)荷載的動力時程分析。

（4）對于天線高度為20米左右的中小型電視塔，當(dāng)天線頂端與塔身頂點在天線頂點處施加一個單位力產(chǎn)生的位移比小于5倍時，電視塔整體結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載可按規(guī)范僅考慮第一振型的影響來計算；若該位移比大于5倍，則電視塔整體結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載按時程分析方法進行風(fēng)荷載計算或?qū)⒁?guī)范中的風(fēng)荷載適當(dāng)乘以一個放大系數(shù)。

參考文獻

[1] 龔亮.國內(nèi)電視塔結(jié)構(gòu)分析探討[J].結(jié)構(gòu)工程師，2011，27（6）：129～133.

[2] 馬人樂、何敏娟、鄧維正.國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)電視塔近期的發(fā)展與展望[J].廣播與電視技術(shù)，1991，88（3）：1～6.

[3] 王修瓊、崔劍峰.Davenport譜中系數(shù)K的計算公式及其工程應(yīng)用[J].同濟大學(xué)學(xué)報，2002，30（7）：849～852.

[4] Kaimal J.C.et al.Spectral characteristics of surface layer turbulence [J].Journal of Royal Meteorology Society，1972，98：563～589.

[5] 彭剛.時域分析法風(fēng)載時程模擬[D].[碩士學(xué)位論文].廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2010.

[6] 王肇民.高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[7] 李亮、李國強、陳軍武.某鋼結(jié)構(gòu)氣象塔在時程風(fēng)荷載作用下考慮P -Δ效應(yīng)的動力時程分析[J].結(jié)構(gòu)工程師，2009，25（4）：91～95

摘 要：一般鋼結(jié)構(gòu)電視塔頂上的天線具有結(jié)構(gòu)簡單、剛度較小的特點，甚至有些天線的剛度沿高度有突變現(xiàn)象。電視塔結(jié)構(gòu)的動力特性將會隨著天線剛度的變化而產(chǎn)生較大的影響。為了分析天線剛度對于結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響，本文以一個帶天線的電視塔為模型，通過改變其天線剛度來研究天線剛度的變化對電視塔風(fēng)荷載動力特性的影響，以期獲得對于帶有不同剛度性能天線的合理分析和設(shè)計。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)電視塔；天線剛度；結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)

Abstract： The steel TV towers antenna has simple structure. But compared with the tower body， antenna has smaller stiffness， and some antennas stiffness has a sudden change along the height of tower. The variety of varietys stiffness will have a great influence on the dynamic characteristics of the TV Tower. In order to analyze the impact the dynamic response of the steel TV tower with changing stiffness of the antenna and obtain the reasonable analysis and design with different stiffness performance of antenna， this paper analyze a steel TV tower by changing antennas stiffness.

Keywords： Steel TV tower；Stiffness of antenna；Dynamic response of the steel TV tower structure

1.概述

據(jù)統(tǒng)計，我國電視塔中70%為鋼結(jié)構(gòu)電視塔，鋼筋混凝土電視塔占30%[1]。電視興起使得鋼結(jié)構(gòu)電視塔成為電視發(fā)射塔，而在其上裝設(shè)無線電天線。促使帶有發(fā)射天線的電視塔如雨后春筍般大量出現(xiàn)，是由于二十世紀(jì)50年代歐美國家的電視和無線電的迅猛發(fā)展。隨著各國城市建設(shè)的發(fā)展，電視塔也越來越多功能化，由原來只能發(fā)射電視訊號的單功能電視塔，逐步發(fā)展成為集通訊、展覽、旅游、廣告等文化活動和商業(yè)活動為一體的大型綜合電視塔[2]。對于鋼結(jié)構(gòu)電視塔這類高聳結(jié)構(gòu)，屬高細柔結(jié)構(gòu)，風(fēng)荷載為主要控制荷載。電視塔在風(fēng)荷載作用下?lián)p壞的例子是屢見不鮮，而天線與塔身交接處的破壞占較大比重。電視塔倒塌危害重大，會造成信號中斷，甚至人員的傷亡。

電視塔頂上的天線具有結(jié)構(gòu)簡單、剛度較小的特點。天線與其下的塔身結(jié)構(gòu)相比剛度較小，甚至結(jié)構(gòu)剛度沿高度有突然變化。在風(fēng)動力作用下，由于天線剛度的不同和變化，對于鋼結(jié)構(gòu)電視塔結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)有何影響。本文選取一個中小型電視塔模型，通過改變其天線剛度來研究天線剛度的變化對電視塔風(fēng)荷載動力特性的影響。

2.計算模型

本文以取于實際的一個不上人電視塔為研究對象，電視塔總高141m，標(biāo)高120.000m以上設(shè)有21m天線。電視塔的建筑效果圖如圖1所示。采用大型有限元軟件建立模型，其模型圖如圖2所示。

通過改變其天線的剛度，去研究天線剛度對于結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響。選取天線變剛度模型的原則是：在電視塔模型天線頂端施加一個單位力，以天線頂端產(chǎn)生的位移與塔身頂點產(chǎn)生的位移比為控制量來選取變剛度電視塔的模型。取位移比為3倍、4倍、5倍、10倍、15倍、20倍六個檔值，天線剛度依次減小。這六個位移比定值通過改變天線的剛度來實現(xiàn)。為了更精確地分析結(jié)構(gòu)的變剛度影響，直接改變?nèi)S模型中天線剛度，來使得電視塔的整體剛度分布發(fā)生變化。并把這六個模型分別命名為塔1、塔2、塔3、塔4、塔5和塔6。

3.不同剛度天線的結(jié)構(gòu)響應(yīng)及其分析

本文中選取Kaimal譜為風(fēng)譜[3] [4]，采用線性濾波法（AR法）[5]模擬風(fēng)速時程，對電視塔進行風(fēng)動力時程分析。

分別在各個模型中施加風(fēng)動力荷載，得到結(jié)構(gòu)的響應(yīng)值。各個模型沿高度變化的位移均值曲線、速度均方差曲線和加速度均方差曲線等的時程響應(yīng)曲線如圖3所示。

由圖3可以看出，盡管六個電視塔模型天線剛度不一樣，但與塔身剛度相比甚小，塔身剛度很大，所以不同剛度的天線對標(biāo)高120.000m以下的塔身結(jié)構(gòu)響應(yīng)幾乎沒有影響。但標(biāo)高120.000m以上天線的結(jié)構(gòu)響應(yīng)出現(xiàn)了明顯的分歧。天線剛度最大的塔1模型，其塔身與天線段交接處的位移均值、速度均方差和加速度均方差變化趨勢最緩慢，頂部“鞭梢效應(yīng)”相對最弱；天線剛度最小的塔6模型，其塔身與天線段交接處的位移均值、速度均方差和加速度均方差突變最大，頂部“鞭梢效應(yīng)”明顯；塔2、塔3、塔4和塔5介于塔1和塔6之間。

為了進一步分析電視塔結(jié)構(gòu)在不同天線剛度下擬靜力分析響應(yīng)與動力時程分析響應(yīng)的吻合程度，在六個計算模型擬靜力風(fēng)荷載[6]，圖4為擬靜力分析與動力時程分析的水平位移對比圖。

從圖4可以直觀地看出，天線剛度越大，擬靜力分析響應(yīng)與動力時程分析吻合程度越好。

表1給出兩種計算方法的位移誤差值。從表1可以得出，風(fēng)荷載擬靜力作用下和動力時程作用下的水平位移誤差隨著天線的剛度變小而變大。塔1、塔2和塔3全結(jié)構(gòu)的擬靜力風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生的水平位移與風(fēng)速時程分析所得到的最大水平位移誤差不超過20%[7]，而塔4、塔5及塔6天線部分的誤差較大，原因是規(guī)范中對天線部分的風(fēng)振系數(shù)考慮偏小。從計算結(jié)果可以看出，當(dāng)天線頂端與塔身頂點在天線頂點處施加一個單位力產(chǎn)生的位移比小于5倍時，電視塔整體結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載可按規(guī)范的擬靜力計算方法進行計算。若該位移比大于5倍時，則電視塔按規(guī)范的擬靜力方法計算偏差較大，這時電視塔整體結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載應(yīng)按時程分析方法進行計算，或按規(guī)范計算帶天線電視塔的風(fēng)荷載，但應(yīng)適當(dāng)乘以一個放大系數(shù)。

4.結(jié)論

對一個帶有不同剛度天線的電視塔進行風(fēng)動力時程分析可以得到這樣的一些結(jié)論：

（1）天線對電視塔的動力特性影響不可忽略。

（2）當(dāng)電視塔天線部分結(jié)構(gòu)與塔身結(jié)構(gòu)的剛度有較大突變時，存在明顯的“鞭梢效應(yīng)”， 而當(dāng)天線剛度與塔身剛度相差不大時，結(jié)構(gòu)的“鞭梢效應(yīng)”較弱。

（3）對帶有天線的電視塔，按現(xiàn)行規(guī)范只考慮結(jié)構(gòu)的第一振型影響的擬靜力法來計算塔身風(fēng)荷載可以滿足要求，但天線部分若只考慮結(jié)構(gòu)的第一振型影響來計算風(fēng)荷載，會產(chǎn)生較大的誤差。故對于帶有天線電視塔的整體結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載計算，需要考慮多振型影響或直接采用風(fēng)荷載的動力時程分析。

（4）對于天線高度為20米左右的中小型電視塔，當(dāng)天線頂端與塔身頂點在天線頂點處施加一個單位力產(chǎn)生的位移比小于5倍時，電視塔整體結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載可按規(guī)范僅考慮第一振型的影響來計算；若該位移比大于5倍，則電視塔整體結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載按時程分析方法進行風(fēng)荷載計算或?qū)⒁?guī)范中的風(fēng)荷載適當(dāng)乘以一個放大系數(shù)。

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